RADIOAKTIF
LASER
NUKLIR
OLEH:
MAULANA RAMADHAN
ZAT RADIOAKTIF
A. PENGERTIAN
ZAT RADIOAKTIF
Zat radioaktif adalah zat yang tidak
mempunyai isotop stabil, sehingga disebut juga radioisotop.zat tersebut dapat
memancarkan sinar radiasi yang disebut sinar radioaktif, berupa sinar alfa(α),
sinar beta(β), sinar gamma(γ).Radioisotop adalah isotop tidak stabil yang
memancarkan radiasi secara spontan dan terus-menerus. Jika jumlah neutron dalam
suatu inti sama dengan jumlah proton, maka inti akan stabil atau non
radioaktif. Tetapi jika dalam inti jumlah neutron tidak sama dengan jumlah
proton, maka inti menjadi tidak stabil. Semakin banyak perbedaan jumlah neutron
dengan jumlah protonnya , maka semakin tidak stabil dan semakin cepat pula inti
itu melepaskan kelebihan energinya dalam bentuk sinar radiasinya.
Pada tahun
1900 Rutherford menemukan sinar alfa(α), dan sinar beta(β) dan pada tahun yang
sama sinar gamma(γ) ditemukan oleh P.Villard.
B.
JENIS-JENIS SINAR RADIOAKTIF
Apabila
ditinjau berdasarkan jenisnya maka sinar radioaktif terdiri dari alfa dengan
simbol β, beta dengan simbol β, dan gamma dengan simbol γ. Setiap jenis radiasi
memiliki karakteristik khusus.
a. sinar
Alfa(α).
Sinar α mempunyai sifat sebagai berikut:
1. Merupakan inti helium(He).
2. Diberi simbol 42α, berarti partikel
bermuatan positif dua dan bermassa empat.
3. Dibelokkan oleh medn magnet ke arah
kutub negatif karena bermuatan positif.
4. Mempunyai daya tembus paling kecil,
daya jangkau 2,8 sampai dengan 8,3cm.
5. Daya ionisasi patikel α sangat besar,±
100 kali daya ionisasi partikel β dan 10.000 kali ionisasi sinar γ.
6. Kecepatan partikel bervariasi antara
1/100 hingga 1/10 kecepatan cahaya.
b. Sinar Beta
(β)
Sinar β mempunyai sifat sebagai berikut:
1. Merupakan partikel yang identik dengan
elektron.
2. Diberi simbol 0-β atau 0-I, berati
partikel bermuatan negatif satu dan massa sangat kecil (=5,5 x 10-4sma).
3. Dibelokkan oleh medan magnet ke arah
positif karena bermuatan negatif.
4. Daya tembusnya lebih besar dari sinar α,
sinar β dapat menembus beberapa cm dalam medium udara.
5. Daya ionisasi di udara 1/100 dari
partikel α.
6. Kecepatan partikel β berkisar antara
1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya.
c. Sinar
Gamma(γ).
Sinar γ mempunyai sifat sebagai berikut:
1. Merupakan gelombang elektromagnetik.
2. Diberi simbol γ, berarti partikelnya
tidak bermuatan dan tidak bermassa.
3. Karena tidak bermuatan, maka sinar γ
tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun mdan magnet.
4. Sinar γ dipancarkan oleh inti atom yang
dalam keadaan tereksitasi ddengan panjang gelombang antara 0,005 Å hingga 0,5
Å.
5. Daya ionisasinya di dalam medium sangat
kecil sehingga daya tembusnya sangat besa jika dibandingkan dengan daya tembus
partikel α atau β (± 10.000 lebih besar dari sinar α).
C. KEGUNAAN
RODIOAKTIF
Pemanfaatan
radioaktif telah dinikmakti oleh banyak segi kehidupan, yaitu mencakup beberapa
sektor pembangunan nasional.
1. Dalam
Bidang Kimia.
Dalam bidang
kimia, pemanfaatan radioaktif adalah sebagai berikut.
a. Mekanisme
Reaksi
Teknik
perunut digunakan dalam penyelidikan mekanisme reaksi. Perunut merupakan suatu
isotop yang ditambahkan pada unsur atau pereaksi dalam proses kimia.
Contoh:
Ø
Dalam reaksi fotosintesis digunakan isotop 18O yang merupakan isotop
radioaktif.
Ø
Esterifikasi antara alkhol dan asam karboksilat.
Ø
Reaksi oksida propena dengan menggunakan KmnO4 dalam suasana asam dan basa.
b. Analisis
Kimia (analisis pengaktifan neutron)
Pada analissis ini jumlah kandunga
suatu zat diukur dalam sejumlah zat dengan cara menembakkan neutron pada suatu
inti atom unsur yang stabil menjadi inti atom yang bersifat radioaktif. Cara
analisis ini banyak digunakan antara lain:
Penentuan
kandungan logam berat daalam campuran;
Ø
Penentuan unsur beracun pada tubuh manusia;
Ø
Penentuan unsur mikro yang terdapat dalam tumbuhan;
Ø
Penentuan tingkat kandungan unsur dalam tanah.
c. Radiasi untuk Pengawetan Makanan
Menggunakan Isotop 60Co atau 137Cs
Karena sifat sinar γ, sinar X,
atau elektron cepat yang digunakan dalam proses ini mempunyai daya tembus besar
dan tidak menimbulkan perubahan temperatur yang berarti pada bahan yang
diiradiasi, menyebabkan proses ini dapat digunakan untuk mengawetkan bahan yan
telah dikemas dalam kemasan akhir ataupun telah dibekukan. Selain dapat
meningkatkan daya awet, iradiasi juga mampu untuk meningkatkan mutu serta
higiene bahan pangan yang berati ikut membantu melindungi kesehatan masyarakat.
2. Bidang
Hidrologi
Dalam bidang
hidrologi, pemanfaatan radioisotop adalah sebagai berkut.
a. Pengukuran
Debit Air Sungai
Dasar pengukuran debit air adalah
dengan pengengeran perunut. Perunut radioisotop dalam jumlah yang tidak
membahayakan dilepas di bagian hulu sungai kemudian diukur konsentrasinya
dibagian hilir.
b. Menentukan
Kebocoran suatu bendungan (Dam)
Zat
radioisotop yang digunakan harus tidak berbahaya terhadap manusia dan
lingkungan sekitar, larut dalam air, tidak diserap oleh tanah atau tubuh
bendungan serta tumbuhan. Radioisotop dilepaskan pada tempat tertentu di
bendungan yang diperkirakan tempat kebocoran sehingga zat radioaktif akan masuk
mengikuti arah kebocoran.
3. Bidang
Pertanian dan Peternakan
Dalam bidang
pertanian dan peternakan, pemanfaatan radioaktif adalah sebagai berikut.
a. Pemuliaan
Tanaman
Pemuliaan
tanaman adalah suatu fenomena yang menunjukkan perubahan sifat sehingga tanaman
menjadi lebih unggul daripada tanaman asalnya. Perubahan sifat itu terjadi
akibat dari perubahan (mutasi) struktur kromosom di dalam inti sel. Bahan untuk
tujuan mutasi radiasi adalah semua bagian tanaman, seperti stek, tunas dan
biji.
b.
Pengendalian Hama Tanaman
Pemberantasan serangga hama dapat
dilakukan secara langsung atau tidak langsung. Pemberantasan hama secara
langsung ialah serangga langsung dimatikan dengan radiasi. Pemberantasan hama
secara tidak langsung ialah dengan menekan pertumbuhan populasinya serendah
mungkin, sehingga tidak merugikan (serangga jantan dimandulkan dengan radiasi.
4. Bidang
Kedokteran
Radioisotop dapat digunakan baik untuk
diagonis maupun untuk pengobatan ( terapi) berbagai macam penyakit.
5. Proses
Industri
Dalam proses industri pemanfaatan
radioaktif adalah sebagai berikut.
a. Perbaikan
Mutu Kayu dengan Cara Radiasi
Dengan suatu cara tertentu maka sejenis
cairan organik yang termasuk dalam golongan monomer dapat dimasukkan ke dalam
rongga-rongga udara yang terdapat pada sel-sel kayu. Kemudian di radiasi
menjadi kayu yang lebih keras daripada aslinya dan keawetannya bertambah.
b. Perbaikan
Mutu Serat Tekstil
Radiasi dapat
memodifikasi sifat-sifat serat alam maupun buatan menurut keperluan.Sebagai
contoh serat-serat poliester yang pada keadaan normal sukar menyerap air
sehingga dapat diubah menjadi serat poliester yang mudah menyerap air.
6. Pembangkit
Listik Tenaga Nuklir(PLTN)
Tenaga nuklir
digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik yang murah, aman, dan tidak
mencemarkan lingkungan. Pembangkit listrik tenaga nuklir sebenarnya hampir sama
dengan pembangkit listrik konvensional (PLTU,PLTG, PLT Minyak), yaitu
menggunakan tenaga uap untuk menggerakkan turbin dan generator. Hal yang
membedakan adalah panas yang digunakan untuk membangkitkan uap tidak dihasilkan
dan pembakaran bahan fosil ( batu bara, minyak), tetapi sebagai hasil dari pembelahan
inti atom uranium.
D. BAHAYA
RADIOAKTIF
Radiasi yang berlebihan dipancarkan
oleh zat radioisotop dapat berkibat racun bagi tubuh, mengganggu pekerjaan sel
dan dapat menyebabkan kematian sel. Jaringan yang paling peka terhadap radiasi
adalah mata, alat kelamin, dan sumsum tulang. Radioisotop dapat juga
menyebabkan pembelahan sel darah putih, sehingga terjadi pembelahan sel darah
putih yang berlebihan.Penyakit ini disebut leukemia.Pengaruh radiasi terhadap
kelenjar-kelenjar kelamin dapat menyebabkankemandulan dan mutasi-mutasi pada
keturunannya.
Pengertian
Laser
Kata LASER
adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,
yang artinya perbesaran intensitas cahaya oleh pancaran terangsang. Kata
kuncinya adalah “perbesaran” dan “pancaran terangsang” yang akan menjadi jelas
kemudian. Laser merupakan sumber cahaya koheren yang monokromatik dan amat
lurus.Cara kerjanya mencakup optika dan elektronika.Para ilmuwan biasa
menggolongkannya dalam bidang elektronika kuantum.Sebetulnya laser merupakan
perkembangan dari MASER, huruf M disini singkatan dari Microwave, artinya
gelombang mikro. Cara kerja maser dan laser adalah sama, hanya saja mereka
bekerja pada panjang gelombang yang berbeda. Laser bekerja pada spektrum infra
merah sampai ultra ungu, sedangkan maser memancarkan gelombang elektromagnetik
dengan panjang gelombang yang jauh lebih panjang, sekitar 5 cm, lebih pendek
sedikit dibandingkan dengan sinyal TV - UHF. Laser yang memancarkan sinar tampak
disebut laser - optik.
Sifat-sifat
Berkas Laser
Laser adalah
gelombang-gelombang cahaya yang koheren yang memiliki 4 sifat, yaitu :
- Cahaya koheren, dengan semua cahaya sefase dengan yang lainnya.Pola inteferensi dapat diproleh tidak hanya dengan meletakkan dua celah pada berkas laser, tetapi juga dengan memakai dua berkas laser yang terpisah.
- Cahayanya hampir ekawarna (Monokromatik).
- Berkas laser memiliki intensitas sangat tinggi, jauh lebih besar dari cahaya sumber lainnya. Untuk bisa menimbulkan kerapatan energi sama dengan kerapatan energi pada berkas laser, benda yang panas harus bertemperatur 1030 K.
- Berkas laser hampir tidak menyebar (mempunyai satu arah tertentu). Berkas semacam ini dikirim dari bumi menuju ke cermin pada bulan oleh ekspedisi Apollo 11, tetap merupakan berkas yang cukup tajam, sehingga terdeteksi ketika kembali ke bumi, walawpun telah menempuh jarak total lebih dari tiga per empat juga kilometer. Berkas cahaya yang ditimbulkan dengan cara lain akan menyebar terlau banyak.
Prinsip Kerja
Laser
Terjadinya
laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya mekanika kuantum.Pada
tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa
radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang sedang
menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam
kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancaran spontan (fluorensi) dan pancaran
terangsang, artinya memancarkan laser. Proses yang terakhir biasanya diabaikan
terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan
sangat dominan.
Sebuah atom
pada keadaan dasar dapat dieksitasi ke keadaan tingkat energi yang lebih tinggi
dengan cara menumbukinya dengan elektron atau foton. Setelah beberapa saat
berada di tingkat tereksitasi ia secara acak akan segera kembali ke tingkat
energi yang lebih rendah, tidak harus ke keadaan dasar semula. Proses acak ini
dikenal sebagai fluoresensi terjadi dalam selang waktu rerata yang disebut umur
rerata, lamanya tergantung pada keadaan dan jenis atom tersebut.
Kebalikan
dari umur ini dapat dipakai sebagai ukuran kebolehjadian atom tersebut
tereksitasi sambil memancarkan foton yang energinya sama dengan selisih tingkat
energy asal dan tujuan. Foton ini dapat saja diserap kembali oleh atom yang
lain sehingga mengalami eksitasi tetapi dapat pula lolos keluar sistem sebagai
cahaya. Sebetulnya atom-atom yang tereksitasi tidak perlu menunggu terlalu lama
untuk memancar secara spontan, asalkan terdapat foton yang merangsangnya.
Syaratnya foton itu harus memiliki energy yang sama dengan selisih tingkat
energi asal dan tujuan.
Tinjauan dua
tingkat energi dalam sebuah atom E1 dan E2, dengan E1 < E2.Cacah atom yang
berada di masing-masing tingkat energi adalah N1 dan N2. Untuk menggambarkan
distribusi energi pada atom-atom itu dalam kesetimbangan termal berlakulah
statistik Maxwell - Boltzmann :
Persamaan ini
menunjukkan bahwa dalam keadaan stimbang N1 selalu lebih besar daripada N2,
tingkat energi rendah selalu lebih padat populasinya dibandingkan dengan
tingkat yang lebih tinggi. Dalam keadaan tak setmbang terjadilah perpindahan
populasi melalui ketiga proses serapan dan pancaran tersebut di atas.
Serapan,
pancaran spontan dan pancaran terangsang
Atom-atom di
E2 dapat saja melompat ke E1 secara spontan dengan kebolehjadian
transisinya
A21 per satuan waktu. Apabila terdapat radiasi dengan frekuensi n dan rapat
energi e ( n ), terjadilah transisi akibat serapan dari E1 ke E2, dengan
kebolehjadian sebut saja B12. e ( n ) karena terlihat jelas kebolehjadian ini
sebanding pula dengan rapat energy fotonnya. Pancaran spontan ini dapat pula
merangsang transisi dari E2 ke E1 akibat interaksinya dengan atom-atom yang
berada dalam keadaan tereksitasi E2, kebolehjadiannya B21.e ( n ). Sudah tentu
semua transisi yang terjadi di sini berbanding lurus dengan populasi atom di
tingkat energi asalnya masing-masing. Perubahan N2 secara lengkap :
Perubahan
populasi ini disebabkan oleh pertambahan akibat serapan dan pengurangan akibat
pancaran. Setelah tercapai kesetimbangan antara atom-atom itu dengan
radiasinya, pengaruh serapan dan pancaran akan saling meniadakan dN2/dt = 0.
Setelah
digabungkan dengan persamaan (1), substitusi E2 - E1 = h. n (energi foton yang
dilepaskan pada saat deeksitasi) dan manipulasi aljabar biasa didapatlah
persamaan :
Jika
persamaan (4) ini dibandingkan dengan distribusi statistik Bose Einstein,
tampak bahwa foton adalah boson, dan persamaan radiasi Planck dengan
harga-harga :
Persamaan (6)
menunjukkan bahwa kebolehjadian atom-atom tersebut melakukan transisi serapan
adalah sama dengan kebolehjadiannya melakukan transisi akibat pancaran
terangsang. Tetapi pada keadaan normal pengaruh serapanlah yang lebih terasa
karena populasi atom lebih besar di tingkat energi yang lebih rendah.
Dari penjelasan
di atas tampaknya ketiga proses : serapan, pancaran spontan dan terangsang,
terjadi melalui suatu persaingan. Laser yang dihasilkan oleh pancaran
terangsang dengan demikian hanya bisa terjadi jika pancaran terangsang dapat
dibuat mengungguli dua proses yang lain. Nisbah laju pancaran terangsang
terhadap serapan dapat dihitung sebagai berikut:
Dari
persamaan ini tebukti tidaklah mungkin pancaran terangsang dapat mengungguli
serapan pada kesetimbangan termal, karena N1 yang selalu lebih besar daripada
N2.Laser bisa dibuat hanya jika N2 > N1 yang tentu saja tidak alamiah,
keadaan terbalik seperti ini disebut inversi populasi. Inversi populasi ini
harus dipertahankan selama laser bekerja, dan cara-caranya akan dijelaskan di
bagian berikut.
Cara-cara
untuk mencapai keadaan inversi populasi ini antara lain adalah
pemompaan
optis dan pemompaan elektris. Pemompaan optis adalah penembakan foton sedangkan
pemompaan elektris adalah penembakan elektron melalui lucutan listrik.Untuk
menuju keadaan inversi populasi pemompaan ini harus melakukan pemindahan atom
ketingkat eksitasi dengan laju yang lebih cepat dibandingkan dengan laju
pancaran spontannya.Hal ini dapat dilakukan jika dipergunakan medium laser yang
atom-atomnya memiliki tingkat energi yang metastabil. Sebuah tastabil
memerlukan waktu yang relative lebih lama sebelum terdeeksitasi dibandingkan
dengan umurnya di tingkat eksitasinya yang lain.
Dengan
demikian pada saat pemompaan terus berlangsung, terjadilah kemacetan lalu
lintas di tingkat metastabil ini, populasinya akan lebih padat dibandingkan
dengan populasi tingkat energi di bawahnya.
Populasi
tingkat energi dasar kini sudah terlampaui populasi tingkat metastabil. Bila
suatu saat secara spontan dipancarkan satu foton saja yang berenergi sama
dengan selisih energi antara tingkat metastabil dengan tingkat dasar, ia akan
memicu dan mengajak atom-atom lain di tingkat metastabil untuk kembali ke
tingkat dasar.
Tingkat
metastabil pada system laser 3 – tingkat
Akibatnya
atom-atom itu melepaskan foton-foton yang energi dan fasenya persis sama dengan
foton yang mengajaknya tadi, terjadilah laser. Proses demikian inilah yang
terjadi pada banyak jenis laser seperti pada laser ruby dan laser-laser gas.
Pada laser
uap tembaga yang terjadi adalah efek radiasi resonansi, inversi populasi
dicapai dengan cara memperpanjang umur atom tereksitasi terhadap tingkat energi
dasar, sedangkan umurnya terhadap tingkat metastabil tidak berubah. Dengan
demikian inverse populasi terjadi antara tingkat energi tinggi dengan tingkat
metastabil. Setelah laser dihasilkan, atom-atom akan banyak terdapat di tingkat
metastabil.
Koherensi
keluaran laser bersifat spasial maupun temporal, semua foton memiliki fase yang
sama. Mereka saling mendukung satu sama lain, yang secara gelombang dikatakan
berinterferensi konstruktif, sehingga intensitasnya berbanding langsung kepada
N2, dengan N adalah cacah foton. Jelaslah intensitasnya ini jauh lebih besar
dibandingkan dengan intensitas radiasi tak - koheren yang hanya sebanding
dengan N saja.
Syarat
penting lainnya untuk menghasilkan laser adalah meningkatkan nisbah laju
pancaran terangsang terhadap laju pancaran spontannya.Nisbah tersebut mudah
sekali didapat.
Persamaan
(8a) menunjukkan bahwa rapat energi e ( n ) harus cukup besar agar laser dapat
dihasilkan. Rapat energi foton ini dapat ditingkatkan dengan cara memberikan
suatu rongga resonansi optik. Di rongga itulah rapat energi foton tumbuh
menjadi besar sekali melalui pantulan yang berulang-ulang pada kedua ujung
rongga, dan terjadilah perbesaran intensitas seperti yang ditunjukkan oleh nama
laser. Pembuatan rongga resonansi ini merupakan masalah yang memerlukan
penanganan yang paling teliti pada saat membangun suatu sistem laser.
Persamaan
(8b) diperoleh dari gabungan (8a) dan (4). Kedua jenis pancaran itu akan sama
pentingnya apabila selisih tingkat energi h. n memiliki orde yang sama malahan
jauh lebih kecil dibandingkan dengan energi termal k.T. misalnya saja pada
gelombang mikro pada suhu kamar. Oleh sebab itulah laser berenergi tinggi
dengan frekuensi yang tinggi pula amat sulit dibuat, karena pancaran spontan
akan lebih terbolehjadi.
2.5
Jenis-jenis Laser
Terdapat tiga
jenis dasar laser yang paling umum digunakan.Jenis-jenis lainnya masih dalam
taraf perkembangan. Ketiga jenis dasar itu adalah :
(1) Laser
yang dipompa secara optis
Pada laser
jenis inversi populasi diperoleh dengan cara pemompaan optis. Laser ruby yang
diciptakan pada bulan Juli 1960 oleh Theodore H.Maiman di Hughes Research
Laboratories adalah dari jenis ini. Laser ruby baik sekali diambil sebagai
contoh untuk membicarakan cara kerja laser yang menggunakan pemompaan optis.
Ruby adalah
batu permata buatan, terbuat dari Al2O3 dengan berbagai macam ketakmurnian.
Ruby yang digunakan pada laser yang pertama berwarna merah jambu, memiliki
kandungan 0,05 persen ion krom bervalensi tiga ( Cr + 3 ) dalam bentuk Cr2O3.
Atom aluminium dan oksigen bersifat inert, sedangkan ion kromnya yang aktif.
Kristal ruby berbentuk silinder, kira-kira berdiameter 6 mm dan panjangnya 4
sampai 5 cm. Gambar 3 memperlihatkan diagram tingkat energi yang dimiliki ion
Cr dalam kristal ruby
Laser ini
dihasilkan melalui transisi atom dari tingkat metastabil ke tingkat
energidasar, radiasinya memiliki panjang gelombang 6920 A° dan 6943 A°.Yang
paling terang dan jelas adalah yang 6943 A°, berwarna merah tua.
Pemompaan
optisnya dilakukan dengan menempatkan batang ruby di dalam tabung cahaya ini
banyak dipakai sebagai perlengkapan kamera untuk menghasilkan kilatan cahaya.
Foton-foton yang dihasilkan tabung ini akan bertumbukan dengan ion-ion Cr dalam
ruby, mengakibatkan eksitasi besar-besaran ke pita tingkat nergy tinggi. Dengan
cepat ion-ion itu meluruh ke tingkat metastabil, di tingkat ini mereka berumur
kira-kira 0,005 detik, suatu selang waktu yang nergy cukup panjang sebelum
mereka kembali ke tingkat nergy dasar. Tentu saja pemompaan terjadi dengan laju
yang lebih cepat disbanding selang waktu tersebut sehingga terjadi energy
populasi. Setelah terjadi satu saja pancaran spontan ion Cr, maka
beramai-ramailah ion-ion yang lain melakukan hal yang sama, dan mereka semua
memancarkan foton dengan nergy dan fase yang sama, yaitu laser.
Jika pada
laser ini dibuatkan rongga resonansi optis maka cacah foton yang dipancarkan
dapat dibuat banyak sekali.Rongga resonansinya adalah batang ruby itu
sendiri.Batang tersebut harus dipotong dan digosok rata di kedua ujungnya.Kedua
ujung juga harus betul-betul sejajar, yang satu dilapisi tebal dengan perak dan
satunya lagi tipis saja. Akibatnya rapat energi foton makin lama makin besar
dengan terjadinya pemantulan berulang-ulang yang dilakukan kedua ujung batang
ruby, sampai suatu saat ujung yang berlapis tipis tidak mampu lagi memantulkan
foton yang datang, sehingga tumpahlah foton-foton dari ujung tersebut sebagai
sinar yang kuat, monokromatik dankoheren yang tidak lain adalah laser.
Pada saat
pancaran terangsang berlangsung, tentu saja tingkat metastabil akan cepat
sekali berkurang populasinya. Akibatnya keluaran laser terdiri dari pulsa-pulsa
berintensitas tinggi yang selangnya masing-masing sekitar beberapa nanodetik
sampai milidetik.Setelah letupan laser terjadi, proses inversi populasi dan
perbesaran rapat energy foton dimulai dari awal lagi, demikianlah seterusnya
sehingga terjadi retetan letupanletupan berupa pulsa-pulsa.Keluaran yang
kontinu dapat diperoleh yaitu jika system lasernya ditaruh dalam sebuah
kriostat agar suhu operasi laser menjadi rendah sekali.
Efisiensi
laser ruby ini sangat rendah, karena terlalu banyak energi yang harus dipakai
untuk mencapai inversi populasinya. Sebagian besar cahaya dari tabung cahaya
tidak memiliki panjang gelombang yang diharapkan untuk proses pemimpaan
sehingga merupakan pemborosan energi. Walaupun demikian daya rerata dari tiap
pulsa laser dapat mencapai beberapa kilowatt karena selang waktunya yang sangat
pendek.Dengan daya sebesar ini laser dapat digunakan untuk melubangi, memotong
maupun mengelas logam.
(2) Laser
yang dipompa secara elektris
Sistem laser
jenis ini dipompa dengan lucutan listrik di antara dua buah elektroda.Sistemnya
terdiri dari satu atau lebih jenis gas.Atom-atom gas itu mengalami tumbukan
dengan elektron-elektron lucutan sehingga memperoleh tambahan energi untuk
bereksitasi. Perkembangan terakhir dalam perlaseran medium gasnya dapat diganti
dengan uap logam, tetapi hal ini akan mengarah pada perkembangan jenis laser
yang lain. Jenis laser uap logam akan dibicarakan secara tersendiri.
Laser gas
mampu memancarkan radiasi dengan panjang gelombang mulai dari spectrum ultra
ungu sampai dengan infra merah. Laser nitrogen yang menggunakan gas N2
merupakan salah satu laser terpenting dari jenis ini, panjang gelombnag
lasernya berada di daerah ultra ungu (3371 A° ).
Sedangkan
laser karbondioksida yang merupakan laser gas yang terkuat memancarkan laser
pada daerah infra merah (10600 A °). Laser gas yang populer tentu saja laser
helium-neon, banyak dipakai sebagai peralatan laboratorium dan pembaca harga di
pasar sawalayan. Laser yang dihasilkan berada di spektrum tampak berwarna merah
(6328 A° ). Laser helium-neon ini merupakan laser gas yang pertama, diciptakan
oleh Ali Javan dkk.dari Bell Laboratories pada tahun 1961. Untuk penjelasan
laser gas secara umum laser helium-neon ini dapat diambil sebagai contoh.
Dalam keadaan
normal atom helium berada di tingkat energi dasarnya 1S0, karena konfigurasi elektron terluarnya adalah 1s2.Pada saat
elektron lucutan menumbuknya ato helium itu mendapatkan energi untuk
bereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi seperti 1s0 dan 3s1 dari
konfigurasi elektron 1s2s. Begitu atom helium tereksitasi ke tingkat-tingkat
itu ia tak dapat lagi balik ke tingkat dasar, suatu hal yang dilarang oleh
aturan seleksi radiasi.
Suatu hal
kebetulan bahwa beberapa tingkat energi yang dimiliki atom neon hamper sama
dengan tingkat energi atom helium. Akibatnya transfer energi antara kedua jenis
atom itu sangat terbolehjadi melalui tumbukan-tumbukan . Pada gambar 5 dapat
dilihat bahwa atom neon yang ditumbuk oleh atom helium 1S0 akan tereksitasi ke
tingkat 3P1, 3P0, 3P1 , 3P2 dari konfigurasi elektron 2p55s. Setelah
bertumbukan atom helium akan segera kembali ke tingkat energi dasar.
Oleh karena
aturan seleksi memperbolehkan transisi dari tingkat-tingkat energi inike
sepuluh tingkat energi yang dimiliki konfigurasi 2p53p, maka atom neon dapat
dipicu untuk memancarkan laser.
Syarat
inversi populasi dengan sendirinya sudah terpenuhi, karena pada kesetimbangan
termal tingkat-tingkat di 2p53p atom Ne amat jarang populasinya.
Laser yang
dihasilkan akan memiliki intensitas yang paling jelas di panjang gelombang 6328
A° tadi. Sebetulnya pancaran laser He-Ne yang terkuat berada di 11523 A° (infra
merah dekat) yang ditimbulkan oleh transisi dari satu di antara 4 tingkat di
2p54s atom Ne, yang kebetulan berdekatan dengan tingkat energi 3S1 atom He, ke
salah satu dari 10 tingkat energi di 2p53p.
Sistem laser
ini berbentuk tabung gas silindris dengan panjang satu meter dan diameter 17
mm. Kedua ujung tabung ditutup oleh dua cermin pantul yang sejajar, disebut cermin
Fabry - Perot, sehingga tabung gas ini sekaligus berfungsi sebagai rongga
resonansi optisnya.
Dua buah
elektroda dipasang di dekat ujung-ujungnya dan dihubungkan dengan sumber
tegangan tinggi untuk menimbulkan lucutan dalam tabung. Tekanan He dan Ne dalam
tabung adalah sekitar 1 torr dan 0,1 torr, dengan kata lain atom He kira-kira
10 kali lebih banyak dibandingkan dengan atom Ne. Cacah He yang lebih banyak
ini mampu mempertahankan inversi populasi secara terus menerus, sehingga laser
yang dihasilkan juga bersifat kontinu, tidak terputus-putus sebagai pulsa
seperti pada laser ruby. Sifat kontinu ini merupakan keunggulan laser gas
dibanding laser ruby.Laser yang kontinu amat berguna untuk transmisi
pembicaraan dalam komunikasi, musik atau gambar-gambar televisi.
Efisiensi
laser He-Ne ini juga rendah, hanya sekitar 1 persen, keluaran lasernya hanya
berorde miliwatt. Sedangkan laser CO2 dapat menghasilkan laser kontinu berdaya
beberapa kilowatt dengan efisiensi lebih tinggi.
Untuk
menghasilkan laser sinar-tampak berwarna-warni, beberapa produsenseperti Laser
Science Inc. misalnya, mengembangkan laser cairan yang dipompanya secara optis
oleh sebuah laser nitrogen.Cairan yang dipakai adalah zat warna yang dilarutkan
dalam pelarut semacam metanol, dsb.Konsentrasi larutan kira-kira 0,001 Milar.
Contoh larutan ini adalah LD-690 yang menghasilkan laser merah ( 6960 A° ) dan
Coumarin-440 yang menghasilkan laser ungu ( 4450 A° ). Jenis larutan dapat
diubah-ubah sesuai denganwarna yang dikehendaki.
(3) Laser
semikonduktor
Laser ini
juga disebut laser injeksi, karena pemompaannya dilakukan dengan injeksi arus
listrik lewat sambungan PN semikonduktornya. Jadi laser ini tidak lain adalah
sebuah diode dengan bias maju biasa.
Laser
semikonduktor yang pertama diciptakan secara bersamaan oleh tiga kelompok pada
tahun 1962.Mereka adalah R.H. Rediker dkk.(Lincoln Lab, MIT), M.I. Nathan
dkk.(Yorktown Heights, IBM) dan R.N. Hall dkk.(General Electric Research
Lab.).Diode-diode yang digunakan adalah galiun arsenida-flosfida GaAsP
(sinar-tampak merah).
Proses laser
jenis ini mirip dengan kerja LED biasa. Pancaran fotonnya disebabkan oleh
bergabungnya kembali elektron dan lubang (hole) di daerah sambungan
PN-nya.Bahan semikonduktor yang dipakai harus memiliki gap energi yang langsung,
agar dapat melakukan radiasi foton tanpa melanggar hukum kekekalan
momentum.Oleh sebab itulah laser semikonduktor tidak pernah menggunakan bahan
seperti silikon maupun germanium yang gap energinya tidak langsung.Dibandingkan
dengan LED, laser semikonduktor masih mempunyai dua syarat tambahan.
Yang pertama,
bahannya harus diberi doping banyak sekali sehingga tingkat energy Fermi-nya
melampaui tingkat energi pita konduksi di bagian N dan masuk ke bawah tingkat
energi pita valensi di bagian P. Hal ini perlu agar keadaan inversi populasi di
daerah sambungan PN dapat dicapai. Yang kedua, rapat arus listrik maju yang
digunakan haruslah besar, begitu besar sehingga melampaui harga
ambangnya.Besarnya sekitar 50 ribu ampere/cm2 agar laser yang dihasilkan bersifat
kontinu. Rapat arus ini luar biasa besar, sehingga diode laser harus ditaruh di
dalam kriostat supaya suhunya tetap rendah ( 77 K ), jika tidak arus yang besar
ini dapat merusak daerah sambungan PN dan diode berhenti menghasilkan laser.
tampak bahwa
di sebagian daerah deplesi terjadi inversi populasi jika sambungan PN diberi
tegangan maju, daerah ini disebut lapisan aktif. Daerah deplesi adalah daerah
di sekitar sambungan PN yang tidak memiliki pembawa muatan listrik bebas.Pada
saat dilakukan injeksi arus listrik melalui sambungan, elektron-elektron di
pita konduksi pada lapisan aktif dapat bergabung kembali dengan lubang-lubang
di pita valensi.Untuk arus injeksi yang kecil penggabungan ini terjadi secara
acak dan menghasilkan radiasi, proses ini adalah yang terjadi pada LED.Tetapi
apabila arus injeksinya cukup besar, pancaran terangsang mulai terjadi di
daerah lapisan aktif. Lapisan ini berfungsi pula sebagai rongga resonansi
optisnya, sehingga laser akan terjadi sepanjang lapisan ini. Pelapisan seperti
yang dilakukan pada cermin di sini tidak diperlukan lagi karena bahan diode
sendiri sudah mengkilap (metalik), cukup bagian luarnya digosok agar dapat
memantulkan sinar yang dihasilkan dalam lapisa aktif.Kelemahan sistem laser ini
adalah sifatnya yang tidak monokromatik, karena transisi elektron yang terjadi
bukanlah antar tingkat energi tapi antar pita energi, padahal pita energi
terdiri dari banyak tingkat energi.
` Sambungan yang dijelaskan di atas
biasa disebut homojunction, karena yang dipisahkannya adalah tipe P dan N dari
substrat yang sama, ayitu misalnya GaAs tadi. Tipe P GaAs biasanya diberi
doping seng ( Zn ) dan tipe N-nya dengan doping tellurium ( Te ). Sebenarnya
hanya sebagian kecil elektronelektron yang diinjeksikan dari daerah N yang bergabung
dengan lubang di lapisan aktif, kebanyakan dari mereka berdifusi jauh masuk ke
dalam daerah P sebelum bergabung kembali dengan lubang-lubang. Efek difusi
inilah yang menyebabkan besarnya rapat arus listrik yang dibutuhkan dalam
proses kerja laser semikonduktor. Tetapi besarnya rapat arus listrik ini dapat
diturunkan dengan cara membatasi gerakan elektron yang diinjeksikan itu disuatu
daerah yang sempit, agar mereka tidak berdifusi kemana-mana. Hal ini dapat
dilakukan dengan cara membuat sambungan heterojunction. Heterjunction yang
apling umum dipakai adalah sambungan antara GaAs dan AlGaAs. GaAs memiliki gap
energi yang lebih sempit, sehingga bila ia dijepit oleh dua daerah AlGaAs
bertipe P dan N, elektron-elektron yang diinjeksikan dari daerah N dan
lubang-lubang dari daerah P akan bergabung di GaAs ini, jadi GaAs berfungsi
sebagai lapisan aktifnya
Laser
heterojunction GaAs - AlGaAs dapat bekerja secara kontinu pada suhu kamar hanya
dengan rapat arus minimum sebesar 100 ampere/cm2, 500 kali lebih kecil
dibandingkan rapat arus pada laser GaAs yang homojunction.Keunggulan yang
dimiliki laser semikonduktor lebih banyak dibandingkan dengan kelemahannya.
Yang paling nyata adalah dimensi ukurannya, yaitu hanya sekitar 0,1 x 0,1 x
1,25 mm, sehingga amat cocok untuk peralatan yang dapat dibawa-bawa. Keunggulan
lainnya adalah fleksibilitas gap energi bahan-bahan yang dipakai. Lebar gap
dapat diatur sesuai dengan kebutuhan, yang berarti orang dapat memilih panjang
gelombang laser yang dihasilkannya. Misalnya, substrat indium fosfida ( InP )
yang dipakai pada laser InGaAsP, laser yangdihasilkan dapat diatur berpanjang
gelombang sekitar 1,3 atau 1,55 mikrometer, panjang gelombang dimana gelombang
elektromagnetik paling sedikit diserap oleh bahan serat optik. Hal ini membuat
laser InGaAsp menjadi pilihan yang tepat untuk komunikasi jarak jauh dengan
serat optik.
Jenis laser
yang memberikan harapan
Ada tiga
jenis laser yang layak disebutkan disini. Sekarang ini ketiganya sedang
dikembangkan karena dinilai memiliki potensi untuk memenuhi harapan manusia,
yaitu laser yang kuat dan berefisiensi tinggi.Mereka adalah laser sinar-X,
laser elektron bebas dan laser uap logam.
2.6 Aplikasi
Laser
Terdapat
berbagai jenis laser, dari orde beberapa mW (laser yang digunakan dalam sistem
audio laser disk) hingga beberapa juta watt (laser yang dikembangkan untuk
senjata).
v Bidang Kedokteran
Sifat laser
yang dapat menghasilkan sinar monokromatik (yang tipis) sangat berguna dalam
pembedahan sebagai “pisau”.Kelebihan “pisau laser” dibandingkan dengan pisau
bedah konvensional adalah bahwa sinar laser memotong sekaligus menggumpalkan
darah pada saat yang bersamaan, sehingga mengurangi pendarahan.
Laser juga
digunakan untuk memilik jaringan-jaringan yang rusak, misalkan dalam pemusnahan
tumor dan kanker kulit.
Sifat atau
fakta bahwa gelombang laser yang berbeda dapat diserap oleh jaringan-jaringan
tertentu digunakan pada operasi (bedah) mata untuk mengatasi keadaan mata yang
membesar, yang disebut glaucoma.Glaucoma disebabkan tekanan cairan (fluida)
yang tinggi dalam mata, hal ini dapat mengarah pada kerusakan saraf optik, yang
akhirnya menyebabkan kebutaan.Suatu operasi laser sederhana (iredectomy) dapat
“membakar” untuk membuka sebuah lubang tipis dalam selaput yang tersumbat,
sehingga tekanan cairan yang merusak, dapat diperkecil.
Sifat laser
yang menghasilkan berkas sinar yang tipis tetapi intensitasnya cukup untuk
menguapkan apa saja yang dilaluinya juga digunakan dalam pengobatan suatu
retina yang lepas dari koroid. Suatu letusan radiasi laser yang singkat
merusakkan permukaan kecil retina, dan bekas luka jaringan yang dihasilkan
dapat “mematri” retina kembali pada koroid.
Pada bulan
Juli 1995, rumah sakit mata di Jakarta telah tersedia alat yang disebut Excimer
Laser.Digunakan untuk mengoreksi cacat mata miopia (rabun jauh).Penderita
miopia panjang sumbu bola mata tidak seimbang dengan lengkung korneanya,
sehingga sinar yang masuk ke mata menghasilkan bayangan yang tidak dapat jatuh
tepat di retina.Akibatnya pandangan matapun menjadi buram jika melihat
benda-benda jauh, dan harus dikoreksi dengan kaca mata atau lensa kotak.
Dengan
excimer laser, bentuk kornea mata dikoreksi sehingga akhirnya bayangan bisa
tepat jatuh di retina.Artinya kalau kita berkacamata tebal, maka setelah
dikoreksi dengan excimer laser, kita tidak perlu lagi memakai
kacamata.Keberhasilan excimer laser sekitar 96 persen.Excimer laser juga dapat
digunakan untuk mengoreksi astigmatisma dan kekeruhan kornea yang jika tidak
ditangani bisa membawa kebutaan.
Laser juga membantu
para dokter gigi merapikan gigi pasien yang berantakan, mengobati luka
penderita kencing manis (diabetes), dan bahkan juga dapat terangsang produksi
sperma pria yang mandul.
v Bidang Pelayanan
Laser dapat
digunakan untuk memeriksa secara teliti dan menghitung total harga pembelian
secara tepat dengan cara menempatkan label kode batang barang diatas meja
penghitung yang disinari dari bawah oleh sinar laser. Untuk keperluan ini
digunakan laser helium-neon yang berdaya rendah dan tidak membahayakan mata.
v Bidang Industri
Sinar laser
berkekuatan beberapa juta watt sanggup untuk memotong keping baja dengan lebih
cepat dan lebih bersih daripada alat potong konvensional.
Sinar laser
yang tinggi baik sekali dalam pengeboran.Kemampuan berkas sinar laser untuk
menempuh jarak yang jauh tanpa menyebar membuatnya sangat berguna untuk para
penyelidik, terutama dalam ketepatan pengeboran jarak jauh, misalnya sebuah
pengeboran terowongan panjang yang pengeborannya dilakukan dari kedua ujungnya.
v Bidang Astronomi
Digunakan
untuk mengukur jarak bumi – bulan dengan teliti. Dengan menggunakan kelajuan
cahaya (3 x 108 m/s) dan mengukur selang waktu pulsa kirim dan pulsa terima,
kita dapat menentukan bahwa jarak bumi – bulan adalah 380.000 km, dengan
ketelitian lebih dari 10 cm. Informasi ini sangat berguna, misalkan dalam
membuat prakiraan gempa bumi yang lebih dapat diandalkan dan juga untuk
mempelajari lebih banyak tentang gerakan sistem bumi – bulan. Teknik ini
memerlukan pulsa laser berdaya tinggi sehingga suatu pancaran foton yang
dikirim harus mampu kembali ke teleskop pengumpul di bumi dan terdeteksi
(dikenal).Variasi (ragam) dari metoda ini juga digunakan untuk mengukur jarak
titik-titik yang tidak dapat dicapai dari bumi.
v Bidang Fotografi
Penggunaan
laser yang sangat menarik adalah dalam menghasilkan bayangan tiga dimensi dari
suatu benda, dalam proses yang disebut holografi. Menunjukkan fotografi sebuah
hologram yang dibuat menggunakan sebuah film silindris.
v Bidang Elektronika
Laser
solid-state berukuran sangat kecil digunakan dalam sistem audio compact-disk
dan video compact-disk. Penggunaan laser baru akan berkembang dimasa depan,
seperti penyaluran sinyal dengan modulasi cahaya tampak dan penyimpan memori
optik (optical memory storage) dalam komputer.
v Bidang Komunikasi
Laser
berfungsi untuk memperkuat cahaya, sehingga dapat menyalurkan suara dan sinyal
gambar.Dengan serat optik, pengiriman sinar laser yang membawa sinyal
komunikasi pun menjadi semakin mudah dari satu stasiun relai ke stasiun relai
lainnya tanpa banyak kehilangan energi.
A. Pengertian
Teknologi Nuklir
Teknologi
Nuklir merupakan teknologi yang melibatkan reaksi dari inti atom (inti=nuclei).
Teknologi nuklir dapat ditemukan pada bebagai aplikasi, dari yang sederhana
seperti detektor asap hingga sesuatu yang besar seperti reaktor nuklir
B. Sejarah
Teknologi Nuklir
Kejadian pada
kehidupan sehari-hari, fenomena alam, jarang sekali berkaitan dengan reaksi
nuklir.Hampir semuanya melibatkan gravitasi dan elektromagnetisme. Keduanya
adalah bagian dari empat gaya dasar dari alam, dan bukanlah yang terkuat. Namun
dua lainnya, gaya nuklir lemah dan gaya nuklir kuat adalah gaya yang bekerja
pada range yang pendek dan tidak bekerja di luar inti atom. Inti atom terdiri
dari muatan positif yang sesungguhnya akan saling menjauhi jika tidak ada suatu
gaya yang menahannya.
Henri
Becquerel pada tahun 1896 meneliti fenomena fosforesensi pada garam uranium
ketika ia menemukan sesuatu yang akhirnya disebut dengan radioaktivitas.
Setelah Pierre Curie, dan Marie Curie mulai meneliti fenomena unsur radium yang
sangat radioaktif. Mereka menemukan bahwa material radioaktif memproduksi
gelombang yang intens, yang mereka namai dengan alfa, beta, dan gamma.Beberapa
jenis radiasi yang mereka temukan mampu menembus berbagai material dan semuanya
dapat menyebabkan kerusakan.Seluruh peneliti radioaktivitas pada masa itu
menderita luka bakar akibat radiasi, yang mirip dengan luka bakar akibat sinar
matahari, dan hanya sedikit yang memikirkan hal itu.
Fenomena baru
mengenai radioaktivitas diketahui sejak adanya paten di dunia kedokteran yang
melibatkan radioaktivitas.Secara perlahan, diketahui bahwa radiasi yang
diproduksi oleh peluruhan radioaktif adalah radiasi terionisasi.Banya peneliti
radioaktif di masa lalu mati karena kanker sebagai hasil dari pemaparan mereka
terhadap radioaktif. Paten kedokteran mengenai radioaktif kebanyakan telah
terhapus, namun aplikasi lain yang melibatkan material radioaktif masih ada,
seperti penggunaan garam radium untuk membuat benda-benda yang berkilau.
Sejak atom
menjadi lebih dipahami, sifat radioaktifitas menjadi lebih jelas.Beberapa inti
atom yang berukuran besar cenderung tidak stabil, sehingga peluruhan terjadi
hingga selang waktu tertentu sebelum mencapai kestabilan. Tiga bentuk radiasi
yang ditemukan oleh Becquerel dan Curie temukan juga telah dipahami; peluruhan
alfa terjadi ketika inti atom melepaskan partikel alfa, yaitu dua proton dan
dua neutron, setara dengan inti atom helium; peluruhan beta terjadi ketika
pelepasan partikel beta, yaitu elektron berenergi tinggi peluruhan gamma
melepaskan sinar gamma, yang tidak sama dengan radiasi alfa dan beta, namun
merupakan radiasi elektromagnetik pada frekuensi dan energi yang sangat tinggi.
Ketiga jenis radiasi terjadi secara alami, dan radiasi sinar gamma adalah yang
paling berbahaya dan sulit ditahan.
C. Fisi
Fisi nuklir
adalah proses pembelahan inti menjadi bagian-bagian yang hampir setara, dan
melepaskan energi dan neutron dalam prosesnya. Jika neutron ini ditangkap oleh
inti lainnya yang tidak stabil inti tersebut akan membelah juga, memicu reaksi
berantai. Jika jumlah rata-rata neutron yang diepaskan per inti atom yang
melakukan fisi ke inti atom lain disimbolkan dengan k, maka nilai k yang lebih
besar dari 1 menunjukkan bahwa reaksi fisi melepaskan lebih banyak neutron dari
pada jumlah yang diserap, sehingga dapat dikatakan bahwa reaksi ini dapat
berdiri sendiri. Massa minimum dari suatu material fisi yang mampu melakukan
reaksi fisi berantai yang dapat berdiri sendiri dinamakan massa kritis.
Ketika
neutron ditangkap oleh inti atom yang cocok, fisi akan terjadi dengan segera,
atau inti atom akan berada dalam kondisi yang tidak stabil dalam waktu yang
singkat.
Ketika
ditemukan pada masa Perang Dunia II, hal ini memicu beberapa negara untuk
memulai program penelitian mengenai kemungkinan membuat bom atom, sebuah
senjata yang menggunakan reaksi fisi untuk menghasilkan energi yang sangat
besar, jauh melebihi peledak kimiawi (TNT, dsb). Proyek Manhattan, dijalankan
oleh Amerika Serikat dengan bantuan
Inggris dan Kanada, mengembangkan senjata fisi bertingkat yang digunakan untuk
melawan Jepang pada tahun 1945. Selama proyek tersebut, reaktor fisi pertama
dikembangkan, meski awalnya digunakan hanya untuk pembuatan senjata dan bukan
untuk menghasilkan listrik untuk masyarakat.
Namun, jika
neutron yang digunakan dalam reaksi fisi dapat dihambat, misalnya dengan
penyerap neutron, dan neutron tersebut masih menjadikan massa material nuklir
berstatus kritis, maka reaksi fisi dapat dikendalikan. Hal inilah yang membuat
reaktor nuklir dibangun.Neutron yang bergerak cepat tidak boleh menabrak inti
atom, mereka harus diperlambat, umumnya dengan menabrakkan neutron dengan inti
dari pengendali neutron sebelum akhirnya mereka bisa dengan mudah
ditangkap.Saat ini, metode seperti ini umum digunakan untuk menghasilkan listrik.
D. Fusi
Jika inti
atom bertabrakan, dapat terjadi fusi nuklir. Proses ini akan melepas atau
menyerap energi. Ketika inti atom hasil tabrakan lebih ringan dari besi, maka
pada umumnya fusi nuklir melepaskan energi.Ketika inti atom hasil tabrakan lebih
berat dari besi, maka pada umumnya fusi nuklir menyerap energi. Proses fusi
yang paling sering terjadi adalah pada bintang, yang mendapatkan energi dari
fusihidrogen dan menghasilkan helium. Bintang-bintang juga membentuk unsur
ringan seperti lithium dan kalsium melalui stellar nucleosynthesis.Sama halnya
dengan pembentukan unsur yang lebih berat (melalui proses-S) dan unsur yang
lebih berat dari nikel hingga uranium, akibat supernova nucleosynthesis,
proses-R.
Fusi nuklir
mulai diteliti pada tahap teoritis ketika Perang Dunia II, ketika para peneliti
Proyek Manhattan yang dipimpin oleh Edward Teller menelitinya sebagai metode
pembuatan bom.Proyek ini ditinggalkan setelah menyimpulkan bahwa hal ini
memerlukan reaksi fisi untuk menyalakan bom.Hal ini terus terjadi hingga pada
tahun 1952, peledakkan bom hidrogen pertama dilakukan.Disebut bom hidrogen
karena memanfaatkan reaksi antara deuterium dan tritium, isotop dari hidrogen.
Reaksi fusi menghasilkan energi lebih besar per satuan massa material dibandingkan
reaksi fisi, namun lebih sulit menjadikannya bereaksi secara berantai.
D. Aplikasi
energi nuklir
Perkembangan
teknologi nuklir sangat bermanfaat dalam kehidupan sehari-hari sebagai berikut:
Aplikasi medis
Aplikasi
medis dari teknologi nuklir dibagi menjadi diagnosa dan terapi radiasi,
perawatan yang efektif bagi penderita kanker.Pencitraan (sinar X dan
sebagainya), penggunaan Teknesium untuk diberikan pada molekul organik,
pencarian jejak radioaktif dalam tubuh sebelum diekskresikan oleh ginjal, dan
lain-lain.
Aplikasi industri
Pada
eksplorasi minyak dan gas, penggunaan teknologi nuklir berguna untuk menentukan
sifat dari bebatuan sekitar seperti porositas danlitografi. Teknologi ini
melibatkan penggunaan neutron atau sumber energi sinar gamma dan detektor
radiasi yang ditanam dalam bebatuan yang akan diperiksa.
Pada
konstruksi jalan, pengukur kelembaban dan kepadatan yang menggunakan nuklir
digunakan untuk mengukur kepadatan tanah, aspal, dan beton.Biasanya digunakan
cesium-137 sebagai sumber energi nuklirnya.
Apikasi komersial
Ionisasi dari
americium-241 digunakan pada detektor asap dengan memanfaatkan radiasi alfa.
Tritium digunakan bersama fosfor pada rifle untuk meningkatkan akurasi
penembakan pada malam hari. Perpendaran tanda “exit” menggunakan teknologi yang
sama.
Aplikasi Pemrosesan makanan dan pertanian
Irradiasi
makanan adalah proses memaparkan makanan dengan ionisasi radiasi dengan tujuan
menghancurkan mikroorganisme, bakteri, virus, atau serangga yang diperkirakan
berada dalam makanan. Jenis radiasi yang digunakan adalah sinar gamma, sinar X,
dan elektron yang dikeluarkan oleh pemercepat elektron.
Seperti
halnya pada pencegahan proses pertunasan, penghambat pemasakan buah,
peningkatan hasil daging buah, dan peningkatan rehidrasi. Secara garis besar,
irradiasi adalah pemaparan suatu bahan ke radiasi untuk mendapatkan manfaat
teknis.
Iradiasi
makanan saat ini diizinkan di 40 negara dan volumenya diperkirakan melebihi
500.000 metrik ton setiap tahunnya di seluruh dunia.Perlu diperhatikan bahwa
iradiasi makanan secara esensial bukan merupakan teknologi nuklir; hal ini
berhubungan dengan radiasi ionisasi yang dihasilkan oleh pemercepat elektron
dan konversi, namun juga mungkin menggunakan sinar gamma dari peluruhan inti
nuklir.
Fampak dari
pemanfaatan teknologi nuklir.
Tidak dapat
dipungkiri lagi kebutuhan energi terus tumbuh sementara minyak dan gas tidak
akan dapat mempertahankan andil mereka dalam memasok begitu jauh di masa depan.
Minyak dan gas alam akan menyumbang secara signifikan paling cepat selama 30
tahun pada laju penggunaan sekarang namun tidak mempunyai prospek ekspansi
jangka panjang.
Dampak positif
Penggunaan
energi nuklir akan berdampak pada penghematan bahan bakar fossil dan perlindungan
lingkungan. Pembangkitan listrik bertanggung jawab atas 25% konsumsi bahan
bakar fossil dunia. Dengan menggunakan energi nuklir untuk menghasilkan listrik
akan mengurangi perlunya membakar bahan bakar ini, sehingga cadangannya dapat
bertahan lama.
Pada
eksplorasi minyak dan gas, penggunaan teknologi nuklir berguna untuk menentukan
sifat dari bebatuan sekitar seperti porositas dan litografi. Teknologi ini
melibatkan penggunaan neutron atau sumber energi sinar gamma dan detektor
radiasi yang ditanam dalam bebatuan yang akan diperiksa.
Pada
konstruksi jalan, pengukur kelembaban dan kepadatan yang menggunakan nuklir
digunakan untuk mengukur kepadatan tanah, aspal, dan beton.Biasanya digunakan
cesium-137 sebagai sumber energi nuklirnya.
Dampak
negatif.
Reaktor
nuklir sangat membahayakan dan mengancam keselamatan jiwa manusia.Radiasi yang
diakibatkan oleh reaktor nuklir ini ada dua.Pertama, radiasi langsung, yaitu
radiasi yang terjadi bila radio aktif yang dipancarkan mengenai langsung kulit
atau tubuh manusia.Kedua, radiasi tak langsung. Radiasi tak langsung adalah
radiasi yang terjadi lewat makanan dan minuman yang tercemar zat radio aktif,
baik melalui udara, air, maupun media lainnya
Teknologi
Nuklir bisa di salah gunakan untuk senjata pemusnah missalnya dengan diciptakan
bom atom, senjata nuklir dll.
Ada beberapa
bahaya laten dari PLTN yang perlu dipertimbangkan. Pertama, kesalahan manusia
(human error) yang bisa menyebabkan kebocoran, yang jangkauan radiasinya sangat
luas dan berakibat fatal bagi lingkungan dan makhluk hidup.
0 komentar:
Posting Komentar